《热工过程自控原理》教学大纲

1、热工过程控制原理教学大纲【课程编号】 【学时学分】 56学时； 3 .5学分 【开课模式】必修【实验学时】 8学时 【上机学时】【课程类型】 专业基础课 【考核方式】考试【先修课程】 高等数学、自动控制原理 【开课单位】电力系 【授课对象】热能与动力工程本科专业一、本课程的教学目的及任务(一)教学目的：通过本课程的学习,使学生达到能够学会应用控制系统的基本理论分析问题，培养分析控制系统的方法、计算和实验的初步能力，了解大型单元机组自动控制系统的特点及发展的目的。（二）教学任务：本课程的任务是使学生具有构成自动控制系统的基本知识，掌握自动控制系统的基本知识，控制系统工作原理。掌握自动控制系统的分

2、析方法和计算方法。能够学会应用控制系统的基本理论分析有关问题。初步了解国内外控制技术水平和发展方向。应能掌握电厂控制系统工作的基本原理。二、本课程的性质、特点及基本要求（一）性质：热工过程控制原理是热能与动力工程专业本科生的一门主要限定必修专业课。（二）特点：本课程通过自动控制理论、热工过程动态特性及热工过程控制系统等关键知识点的有机融合与交叉，既强调了自动控制理论的系统性和相对独立性，又较好地体现了自动控制理论与热能工程专业领域的密切了解，较好地体现了学校的培养目标与特色。（三）基本要求：为了适应我国电力工业进入“大机组、大电网、高自动化”发展阶段的需要，要求本专业方向的学生能全面掌握现代大

3、型火电机组自动控制系统。通过本课程的学习并结合其他专业课，学生应掌握电厂自动控制系统的组成和工作原理，以及分析、设计的基本原则和方法。 三、本课程的主要内容及说明第一章 绪论（4学时）1、自动控制的概念2、 反馈控制的原理3、 控制系统的方框图4、 自动控制系统的分类5、 控制系统的过渡过程掌握自动调节系统的基本概念。重点：自动调节系统的基本概念。第二章 线性自动控制系统的数学描述（4学时）1、 概述2、 单变量系统的数学描述3、基本环节和环节的联接方式4、方框图变换与简单物理系统传递函数推导理解单变量系统的数学描述；了解基本环节及其联接方式；掌握怎样建立系统方框图以及传递函数推导方

4、法。重点：系统方框图的建立以及传递函数推导方法。难点：系统方框图的建立以及传递函数推导方法。第三章 热工对象和自动调节器的动态特性（5学时）1、 概述2、 热工对象动态特性的特点3、 由实验阶跃响应曲线求对象的近似传递函数4、 自动调节器的基本调节作用5、 工业调节器的动态特性掌握单位阶跃响应曲线阐述热工对象基本特征；了解三种求近似传递函数的试验方法；掌握自动调节器的基本调节作用和工业调节器组成及其动态特性。重点：单位阶跃响应曲线阐述热工对象基本特征。难点：自动调节器的基本调节作用。第四章 线性控制系统的吋域分析（4学时）1、概述2、二阶系统分析3、高阶系统的瞬态响应分析4、系统的稳定性和劳斯

5、稳定性判据实验：二阶系统阶跃响应 掌握二阶系统的阶跃响应特点；掌握稳定性与特征方程根之间关系；了解劳斯判据判断稳定性方法。重点：二阶系统的阶跃响应特点，稳定性与特征方程根之间关系。难点：劳斯判据判断稳定性方法。第五章 线性控制系统的根轨迹分析（5学时）1、根轨迹的概念2、作闭环根轨迹图的几条规则3、根轨迹作图举例掌握线性控制系统的根轨迹分析方法。重点：根轨迹的概念。难点：作闭环根轨迹图的几条规则。第六章 控制系统的频域分析（8学时）1、系统或环节输出-输入模型的频率特性描述2、 基本环节的频率特性3、 频率特性稳定性判据-乃奎斯特判据4、 闭环系统的频率特性实验：系统频率特性测量掌握控制系统的

6、频域分析方法；理解乃奎斯特判据和稳定性裕量（相位裕量和增益裕量）等概念。重点：控制系统的频率特性。难点：乃奎斯特判据。第七章 单回路控制系统的整定（7学分）1、 概述2、整定控制系统的性能指标3、 使系统特征方程的主导复根的衰减指数m为指定值的整定计算方法（常称广义频率特性计算方法）4、 用根轨迹法进行整定5、控制系统的工程整定方法掌握单回路调节系统的三种整定计算方法，学习如何选择调节器参数，以使系统具有适当的稳定性裕量。重点：单回路调节系统的三种整定计算方法。第八章 复杂控制系统及其整定（5学分）1、 单回路反馈控制系统的不足2、 串级控制系统3、 前馈-反馈控制系统实验：锅炉内胆温度和单相

7、泵流量串级控制系统 了解常用的复杂控制系统，理解其整定方法。 难点：复杂控制系统整定。第九章 线性采样控制系统（5学分）1、 概述2、 信号的采样与复现3、 Z变换方法4、 脉冲传递函数5、 系统中有采样器时方框图的运算6、 采样调节系统的稳定性7、 连续系统的离散化实验：连续系统串联校正数字PID掌握线性采样调节系统的基本概念和基本分析方法；理解离散系统的Z变换法和脉冲传递函数。重点：线性采样调节系统的基本概念和基本分析方法。难点：离散系统的Z变换法和脉冲传递函数。第十章 状态变量分析方法基础知识（7学分）1、 概述2、 系统的状态空间描述3、化系统的输出输入传递函数描述为状态空间描述4、

8、由系统的状态空间表达式求传递函数阵及系统的复合联接5、线性定常系统状态方程的求解与状态转移矩阵6、线性定常系统状态的能控性和能观测性7、线性定常系统综合的概念一状态反馈与极点配置了解现代控制理论状态变量分析方法基础知识；理解线性定常系统状态方程的求解与状态转移矩阵；理解状态反馈与极点配置法。难点：线性定常系统状态方程的求解与状态转移矩阵。第11章 单元火电机组自动控制系统（4学时）1、单元机组自控系统的组成与作用2、单元机组过程控制典型方案3、单元机组中典型控制系统了解大型单元机组自动控制系统的特点及发展的目的。熟悉单元机组典型控制方案及系统。四、本课程的使用的教材及适用范围、学制（一）本课程

9、使用的教材由陈绍炳，于向军主编的热工过程自动控制原理教材，由中国电力出版社出版。（二）教材的适用范围、学制本教材适用于热能动力专业本科四年制学生使用。五、本课程的学时分配本课程安排的总学时56，其中理论教学为48学时，实验教学8学时。各章节的学时分配见下表。课程内容理论学时实验学时小计教学章节教学内容一绪论44二线性自动控制系统的数学描述44三热工对象和自动调节器的动态特性55四线性控制系统的吋域分析426五线性控制系统的根轨迹分析55六 控制系统的频域分析628 七单回路控制系统的整定66八复杂控制系统及其整定527九线性采样控制系统527十状态变量分析方法基础知识44十一单元火电机组自动控

10、制系统44合 计48856 实验项目分配表序号实验名称学时备注1二阶系统阶跃响应22系统频率特性测量23锅炉内胆温度和单相泵流量串级控制系统24连续系统串联校正数字PID2合 计8六、主要教学参考书热工过程控制仪表杨庆柏 编 中国电力出版社 1998热工控制系统 边立秀 主编 中国电力出版社，2002 热工自动控制系统 李遵基 主编 中国电力出版社，2002热工控制系统 边立秀 主编 中国电力出版社，2002 热工自动控制系统 李遵基 主编 中国电力出版社，2002七、说明1.习题及思考题 通过思考题在教学中的适当编配与讲解,使学生对某个知识上的难点或值得进一步开拓或深化的问题有更深,更系统的了解与掌握。解答思考题让学员独立思考,体会到知识连贯性的重要,启发他们积极钻研教材,养成认真读书的习惯。 2、教学手段 拟采用启发式、理论了解实际等教学方法和多媒体教学课件等计算机辅助教学手段。教师应根据学生的认知水平，并结合专业特点，选择适当的教学方法，广泛使用启发式、直观式、讨论式及案例教学等教学方法，调动学生主动学习的积极性。鼓